綠色切削中干式切削技術(shù)研究

（河南科技職業(yè)大學(xué)，河南周口市，466000）胡桂領(lǐng)

1 干式切削技術(shù)概述

1.1 干式切削的概念

干式切削是相對(duì)于傳統(tǒng)濕式切削技術(shù)而言的，在切削作業(yè)中，完全或部分杜絕切削液使用，同時(shí)又能夠保持切削作業(yè)流程的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。干式切削技術(shù)屬于新型綠色切削技術(shù)，其應(yīng)用不僅能夠改變傳統(tǒng)濕式切削作業(yè)中存在的成本高、污染嚴(yán)重等現(xiàn)象，有效避免對(duì)工人健康產(chǎn)生危害，還能夠?qū)崿F(xiàn)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。

1.2 干式切削的實(shí)現(xiàn)條件

干式切削技術(shù)應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)切削技術(shù)的全面革新，由此對(duì)應(yīng)用條件也提出更高要求。在具體操作中，這些條件主要包括如下三個(gè)方面：①機(jī)床條件，干式切削的切削力和切削熱都會(huì)明顯增加，因此對(duì)機(jī)床的減震效果和關(guān)鍵部件的剛性提出更高要求。②刀具要具有更高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性能，能夠在幾何角度、材料和涂層等各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，確保切削性能達(dá)到生產(chǎn)要求。③輔助工具方面的條件，例如自動(dòng)排屑裝置和溫度控制裝置等，通過(guò)這方面條件的完善，能夠更好的完成干式切削處理流程。

1.3 干式切削的分類

在目前綠色切削技術(shù)體系中，干式切削又可以分為幾種不同的技術(shù)類型：①全干式切削，由于其運(yùn)行速度快，刀具與工件之間的接觸時(shí)間短，切削熱能夠大量的被切屑帶走，能夠達(dá)到較好的效果，因此又被稱為高速干式切削法，也是應(yīng)用最為廣泛的干式切削類型。②半干式切削，在切削作業(yè)中，每小時(shí)使用10～50ml的切削液，并以壓縮空氣霧化的方式噴射至接觸面內(nèi)，能夠達(dá)到較好的環(huán)保效果。③低溫冷風(fēng)切削方式，在-20°C以下的冷風(fēng)條件下，利用微量植物油進(jìn)行潤(rùn)滑，能夠在提升切削性能的同時(shí)，有效消除工件的銹蝕現(xiàn)象，從而更好的提升切削效果。④強(qiáng)冷風(fēng)式切削技術(shù)，將空氣壓縮至-110°C以下，以噴射形式代替切削液，從而達(dá)到提高加工精度的要求，這種方法主要應(yīng)用于磨削加工中。

2 干式切削技術(shù)應(yīng)用的影響因素

2.1 刀具

刀具對(duì)干式切削技術(shù)的影響，主要體現(xiàn)在三個(gè)基本方面：①新式材料的應(yīng)用，目前主要有金屬陶瓷、聚晶金剛石、立方氮化硼等類型，這些材料在抗沖擊、耐高溫和耐磨損方面，都具有不同的優(yōu)勢(shì)。②涂層技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)在刀體不同位置涂上PVD或CVD材料，能夠有效提升刀具整體性能，從而賦予刀具以更多優(yōu)化的性能[1]。③刀具的結(jié)構(gòu)變化，這方面的設(shè)計(jì)，需要根據(jù)加工環(huán)境變化進(jìn)行調(diào)整，其根本目的是為了更好的降低刀具所承受的壓力，降低熱量產(chǎn)生。

2.2 干式切削床

由于干式切削作業(yè)中，極少有使用切削液的情形，因此必須從整體布局方面進(jìn)行優(yōu)化，盡快將切削作業(yè)中的熱量排出。相對(duì)于傳統(tǒng)的布局模式而言，干式切削床需要采用立式布局結(jié)構(gòu)，能夠依靠重力作用起到良好的排屑效果。在機(jī)床的底部位置，要采用熱膨脹系數(shù)小的材料，配備合適的冷卻循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，在蓋板等位置，還可以采用雙層壁優(yōu)化方式，進(jìn)行減少切削溫度對(duì)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的影響。在具體設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)對(duì)電主軸、循環(huán)冷卻系統(tǒng)、床身及導(dǎo)軌等部位進(jìn)行優(yōu)化，在確保加工穩(wěn)定性的同時(shí)，確保加工質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)化水平。

2.3 切削參數(shù)

干式切削作業(yè)環(huán)境中，溫度是重要的影響因素之一，因此在選擇切削參數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持對(duì)應(yīng)的設(shè)置原則：首先是需要控制切削速度，這是保障切削效果的基本要素、其次是要滿足中等進(jìn)給量和合適的切削深入。需要注意的是，在對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，還需要綜合考慮刀具材料、加工材料及作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方面因素影響，以此才能夠達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)水平。

3 干式切削技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化

3.1 刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化

刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)在機(jī)床及加工材料已經(jīng)確定的情形下，干式切削技術(shù)應(yīng)用水平的提升。①刀具的前角和后角角度盡量增大，以此能夠提升刀具的鋒利度，降低后刀面位置與加工工件之間的摩擦阻力，以此有效控制切削熱的產(chǎn)生。②優(yōu)化主偏角和負(fù)刃傾角。將主偏角控制在最小化，能夠降低切削刃單位長(zhǎng)度內(nèi)承受力；而增加負(fù)刃傾角，則能夠減少刀具與切削之間的接觸。這方面的優(yōu)化，不僅能做好作業(yè)區(qū)域的溫度控制，還能夠提升刀具的耐用性[2]。③對(duì)刃口位置進(jìn)行優(yōu)化，在刀具強(qiáng)度和鋒利性之間取得平衡，從而在確保切削性能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)耐用度的提升。④通過(guò)增大刀具前角的形式，盡量控制積屑瘤的生長(zhǎng)，同時(shí)，在加工作業(yè)中，還應(yīng)當(dāng)選擇合適的速度，以達(dá)到良好的作業(yè)效果。⑤通過(guò)麻花鉆設(shè)計(jì)、增加斷屑臺(tái)數(shù)量的形式，盡量控制刀具與工件之間的接觸面。

3.2 機(jī)床的優(yōu)化

機(jī)床優(yōu)化主要包括機(jī)床結(jié)構(gòu)、排屑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，通過(guò)這些方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在切屑、切削熱排除等方面達(dá)到良好效果。機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除在整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行立式設(shè)計(jì)外，還應(yīng)當(dāng)將床身設(shè)計(jì)為傾斜式結(jié)構(gòu)，在工作臺(tái)四周設(shè)置傾斜蓋板，增加機(jī)床剛性和功率等形式，以確保切削作業(yè)的順利完成。排屑系統(tǒng)的優(yōu)化，是要將工件安裝至主軸下方，由下至上進(jìn)行加工作業(yè)，以達(dá)到良好的排屑效果。冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化，則是采用增加吹起裝置的形式，有效降低切削作業(yè)中溫度影響，確保切屑能夠順利排除。在做好這些方面優(yōu)化基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)做好防塵設(shè)計(jì)，以確保整體作業(yè)流程的安全性。

3.3 工藝技術(shù)的優(yōu)化

工藝技術(shù)優(yōu)化對(duì)干式切削的可靠性具有較為明顯的影響，尤其是在高溫條件下，工件與道具之間不可避免的產(chǎn)生化學(xué)親和性。因此在工件加工中，必須要選擇合適的道具類型，例如在加工鋼鐵類材料時(shí)，就不能選擇金剛石材料的刀具，以避免刀具被破壞。在采用硬車加工工藝時(shí)，就可以選擇陶瓷刀具、合金刀具等[3]。同時(shí)，通過(guò)高轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，能夠有效提升金屬的切除率。在進(jìn)行硬車加工時(shí)，還避免使用冷卻液，以確保切削效果下降，并對(duì)刀具產(chǎn)生不必要的磨損。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)在干式切削技術(shù)研究和應(yīng)用方面的整體水平還比較低，只有不斷加強(qiáng)各個(gè)細(xì)節(jié)方面的研究，將切削作業(yè)過(guò)程與理論研究有機(jī)結(jié)合，才能夠更加高效的提升作業(yè)效率，確保切削效果達(dá)到工件加工要求。在未來(lái)發(fā)展中，通過(guò)干式切削技術(shù)的整體優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)更多材質(zhì)類型工件的加工處理，提升綠色切削技術(shù)整體水平，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)起到更加積極的促進(jìn)作用。